軟土-花崗巖地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工技術(shù)

袁習奎，萬魁元，吳善春，王賢洲

（廣東長正建設(shè)有限公司 廣東 珠海 519000）

0 引言

近年來隨著我國城市建設(shè)發(fā)展，城市隧道項目逐年增加，特別是越來越多的隧道采用明挖法施工。城市明挖隧道施工風險也在不斷增大，地下連續(xù)墻作為圍護結(jié)構(gòu)的一種型式，已經(jīng)成為明挖隧道施工重要組成環(huán)節(jié)，影響著明挖隧道施工進度及基坑開挖的安全。地下連續(xù)墻已廣泛應用于基坑圍護結(jié)構(gòu)，同時可作為主體結(jié)構(gòu)。在地下連續(xù)施工中，孟陳詳?shù)热耍?］對微風化巖層地下連續(xù)墻成槽采用雙輪銑結(jié)合重錘破巖、成槽機取土、鈉基泥漿護壁的成槽方法，有效確保進入微風化巖層的地下連續(xù)墻施工進度及質(zhì)量。袁浩巒等人［2］和朱繼紅等人［3］對海域圍巖內(nèi)復雜地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工，總結(jié)出采用“成槽機+沖擊錘+旋挖鉆（牙輪鉆）”施工工藝，實現(xiàn)地下連續(xù)墻施工效率的提升。李學聰［4］在復雜地質(zhì)條件下地下連續(xù)墻施工中，提出槽壁應進行加固處理，有利于減小地表的沉降，保證槽壁的穩(wěn)定性。

珠海隧道東岸工作井及掛錠角以西明挖段施工場地東側(cè)為掛錠角山體，西側(cè)為磨刀門水道。場地內(nèi)上為流塑態(tài)淤泥層，并夾有砂層，下部主要為堅硬花崗巖層，最大強度達到151 MPa。巖面走向由東向西逐漸降低。施工前期，采用“成槽機+沖擊鉆”施工，無法滿足成槽要求。如何保證施工工期、確保成槽質(zhì)量，以及在無槽壁加固設(shè)計的情況下避免槽壁坍塌，是地下連續(xù)墻成槽施工的關(guān)鍵。

目前針對不同地層中地下連續(xù)墻施工，許多學者［5-9］提出不同的成槽工藝，但對于同時臨山臨水地域的復雜地質(zhì)條件的施工方案的研究相對較少。本文以珠海隧道東岸工作井及掛錠角以西明挖段地下連續(xù)墻施工為背景，分析總結(jié)在上軟下硬地層中地下連續(xù)成槽施工的設(shè)備選型、存在的問題及處理措施，以優(yōu)化地下連續(xù)墻成槽施工工藝，保證施工效率，提高經(jīng)濟效益，為后期類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 工程概況

珠海隧道工程TJ1 標西起東岸工作井，以礦山法形式下穿掛錠角山體后，向北轉(zhuǎn)向接入珠海大道主線。北線起點樁號LK3+799.944，終點樁號LK4+998.285，長度1 198.341 m；南線起點樁號RK3+800.00，終點樁號RK5+002.588，長度1 202.588 m。珠海隧道TJ1 標掛錠角西側(cè)明挖段位于珠海市珠海大橋南側(cè)，掛錠角山體西側(cè)，臨近磨刀門水道，如圖1所示。

圖1 項目位置平面Fig.1 Plan of the Project Location

珠海隧道東岸工作井采用1 200 mm 厚地下連續(xù)墻作為基坑圍護結(jié)構(gòu)；DA01-DA03節(jié)段采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻作為基坑圍護結(jié)構(gòu)；DA04-DA05 節(jié)段采用鉆孔灌注樁+旋噴樁作為支護結(jié)構(gòu)，如表1所示。

表1 設(shè)計主要參數(shù)Tab.1 Main Design Parameters

1.2 工程地質(zhì)

東岸場地屬海陸交互相沉積地貌區(qū)，上部以第四系填土、沖海積淤泥、細中砂及含碎石粗砂為主，中部以花崗巖殘積土為主，下部基巖為花崗巖。主要地層有①-1 素填土、①-2 雜填土、①-4 填砂、②-1 淤泥、②-5 細中砂、③-3 含碎石粗砂、⑤-3 礫砂、⑥-1 全風化花崗巖、⑥-2-2 碎塊狀強風化花崗巖、⑥-3-1 中風化花崗巖、⑥-3-2 中風化花崗巖、⑥-4 微風化花崗巖，如表2所示。

表2 主要工程地質(zhì)特征Tab.2 Main Engineering Geological Characteristics

2 地下連續(xù)墻施工重難點

⑴ 前期根據(jù)地質(zhì)詳勘報告分析，采取了“成槽機＋沖擊鉆”的施工工藝，即一幅槽段先用沖擊鉆沖擊成槽，成槽施工完畢后采用成槽機抓至槽底。但施工時發(fā)現(xiàn)，沖擊鉆成槽過程中，在入巖之后出現(xiàn)偏孔現(xiàn)象，需反復回填片石修整，施工工效較低，耗時40 d 依然無法成槽。

⑵場地內(nèi)上層主要為淤泥，下層為中風化花崗巖及微風化花崗巖，巖層起伏變化較大。且基巖強度較高，基巖抗壓強度最大值達151 MPa，如圖2 所示。成槽困難，施工周期較長，無法保證施工進度。

圖2 旋挖鉆取出基巖芯樣Fig.2 Take out Bedrock Core Sample with Rotary Drill

⑶地層上部主要為淤泥，設(shè)計無槽壁加固，地下連續(xù)墻成槽過程中對槽壁的擾動，造成槽壁塌孔。

3 地下連續(xù)墻成槽施工

采用“旋挖鉆+雙輪銑”成槽施工工藝，如圖3所示。首選旋挖鉆作主孔引孔，后采用雙輪銑銑削成槽。

圖3 地下連墻施工工藝流程Fig.3 Construction Process Flow Chart of Diaphragm Wall

首先一幅槽段布置5 個引孔，主孔間距1.5 m，引孔采用旋挖鉆施工，引孔施工完成后，施工至入巖段后采用雙輪銑施工，雙輪銑的寬度均為2.8 m，一幅槽段分三刀，先兩邊后中間（見圖4）。

圖4 地下連續(xù)墻主副孔布置Fig.4 Layout of Main and Auxiliary Holes of Diaphragm Wall （mm）

4 存在問題及處理措施

4.1 基巖強度高，成槽周期較長

前期對工作井W6 槽段采用“成槽機+沖擊鉆”施工工藝成槽施工。2021 年1 月3 日W6 槽段開槽，2021年3月3日成槽?？偝刹壑芷?9 d，單幅成槽周期長。在W6 槽段成槽過程中，發(fā)生偏孔現(xiàn)象（見圖5），且沖擊鉆鉆孔磨損嚴重（見圖6），并出現(xiàn)卡錘情況。針對偏孔，采取回填片石，重新沖擊成孔，但發(fā)現(xiàn)孔位仍無法修正。對槽段采取回填C60 混凝土，采用雙輪銑進行銑槽。

圖5 W6槽段槽壁聲波檢測Fig.5 Acoustic Wave Detection of W6 Groove Wall

圖6 沖擊鉆鉆頭磨損Fig.6 Impact Drill Bit Wear

針對基巖強度高，成槽周期較長，應采取以下措施：①施工前，應對地質(zhì)進行補勘，探明地質(zhì)情況，為地下連續(xù)墻成槽設(shè)備選型提供依據(jù)；②合理選擇設(shè)備組合，優(yōu)化施工工藝，采用“旋挖鉆+雙輪銑”施工工藝，單幅地下連續(xù)墻平均成槽周期為10 d，有效地提高施工進度，且保證成槽質(zhì)量。

4.2 槽壁坍塌

原設(shè)計地下連續(xù)墻槽壁無加固，在S1槽段施工過程中檢查發(fā)現(xiàn)導墻嚴重下沉變形，造成東岸工作井S1、S2、S3、Z1、Z3、Z5 槽段基坑內(nèi)側(cè)導墻垮塌，外側(cè)重載道路下沉，泥漿上涌。主要是由于地層中上部13 m 主要為淤泥層，自穩(wěn)性較差，雙輪銑在進入中風化花崗巖及微風化花崗巖巖層中銑槽周期較長，對槽壁產(chǎn)生長時間擾動，造成槽壁在淤泥層出現(xiàn)塌孔。

針對發(fā)生槽壁坍塌的情況應采取以下措施：①施工前，針對深厚軟弱地層應進行槽壁加固，以保證槽壁的穩(wěn)定性。對東岸工作井S1、S2、S3、Z1、Z3、Z5 槽段槽壁采用φ600高壓旋噴樁進行槽壁加固后進行成槽施工，未發(fā)生槽壁坍塌；②在成槽過程中，根據(jù)地質(zhì)變化，適當增大泥漿密度和提高泥漿黏度。保證泥漿循環(huán)，定時檢測泥漿性能指標是否滿足要求。

4.3 雙輪銑截齒磨損嚴重

雙輪銑銑槽進入中風化花崗巖及微風化花崗巖巖層中，每45 min 就需要檢查雙輪銑截齒磨損情況，檢查發(fā)現(xiàn)大量截齒存在磨損嚴重（見圖7），需頻繁更換截齒，造成施工工效降低。對地下連續(xù)墻成槽過程中雙輪銑截齒的統(tǒng)計，單幅地下連續(xù)墻成槽平均消耗截齒1 200副，單幅地下連續(xù)成槽最高消耗截齒2 700副，造成施工成本增加。

圖7 雙輪銑截齒磨損Fig.7 Trench Cutters Pick Wear

針對這種情況，主要采取以下措施：①地下連續(xù)墻施工前，應在地連墻原位對地質(zhì)情況進行補勘，探明地層分布，明確中風化花崗巖與微風化花崗巖巖層深度及其強度；②當雙輪銑進入巖層后，針對不同的巖層，對截齒的選擇進行優(yōu)化，降低截齒消耗，降低施工成本。

4.4 斜巖處理

掛錠角施工場地位于掛錠角山體西側(cè)，且緊鄰掛錠角山體坡腳，磨刀門水道東側(cè)。通過詳勘報告及對地質(zhì)進行補勘，巖層面走向為由東向西逐漸遞減。通過補勘發(fā)現(xiàn)基巖巖面變化較大。

針對斜巖處理，采取的主要措施為采用旋挖鉆配截齒桶鉆對上部巖層切削。當鉆進去中風化花崗巖層時，旋挖鉆鉆頭更換為牙輪鉆頭（見圖8）正常鉆進。牙輪鉆頭能有效切削強度較高的巖層。

圖8 旋挖鉆配牙輪鉆頭Fig.8 Rotary Drill with Roller Bit

5 結(jié)語

⑴在深層軟土地層中，當無槽壁加固設(shè)計時，應在施工前，對地層進行補勘，根據(jù)地層分布情況，增加槽壁加固設(shè)計，避免在施工過程中的槽壁坍塌，以保證施工安全及施工進度。

⑵在地下連續(xù)墻成槽過程中，泥漿性能直接影響槽壁的穩(wěn)定性，在淤泥層中，可適當提高泥漿的密度和漿黏度，以保證槽壁的穩(wěn)定性。

⑶在軟土-堅硬花崗巖地質(zhì)條件下，采用“旋挖鉆+雙輪銑”施工工藝，提高施工效率，保證地連墻成槽質(zhì)量。

⑷在地下連續(xù)墻施工中，施工前，應充分了解地質(zhì)情況，主要是探明巖層分布。根據(jù)地質(zhì)情況，合理選擇設(shè)備選型及設(shè)備組合。對基巖厚且強度較高的地下連續(xù)墻施工，應充分利用工作面，多點展開施工作業(yè)，同時需考慮鋼筋籠制作，做好工序銜接，以保證施工進度。

⑸在進入巖層施工中，雙輪銑截齒磨損嚴重，頻繁更換，導致施工進度緩慢。應勤檢查截齒的磨損情況，根據(jù)截齒的磨損情況，可選用強度更高的截齒。